【文章內(nèi)容簡介】 動電路工作，通過繼電器吸合與斷開帶動電動機的工作實現(xiàn)車門打開與關閉能夠實現(xiàn)車門的制動控制。這里為了實驗需要直接采用燈泡的亮暗來代替車門的打開與關閉。 [18] 7 圖 351 車門控制電路 圖 352 車門狀態(tài)采集電路 圖 351 是采集電路，從這里可以采集到此時車門的開關狀態(tài)，將信號傳輸?shù)娇刂破鳎奖憧刂破鲗崿F(xiàn)判斷，為是否報警提供依據(jù)。 光電傳感電路： 光電傳感電路這里實際上就是一個光控電路，使用光控電路可實現(xiàn)用一些光源來控制用電電路的開啟與關閉，并能實現(xiàn)電路的自動動作。如常見 的路燈控制電路就是此類電路。光控電路的工作原理是應用光敏元件來實現(xiàn)光線對其影響。常見的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻等。為了盡量減小溫度影響，電路中的關敏元件均采用光敏電阻，以提高電路整體的靈敏度。 [19] 圖 36 光電傳感電路 圖 36 是 利用光敏電阻，通過單片機 AD 采集器采集光敏電阻的端電壓當端電壓大于或等于 2V 是判斷為白天，當端電壓小于 2V 是判斷為黑夜，以實現(xiàn)對白天與黑夜的信號采集。 8 報警電路 在實驗中常用的報警電路有由 555 構成的多諧震蕩電路，本次設計為了容易實現(xiàn)，控制簡單，采用的是 控制器控制蜂鳴器報警電路，電路圖如下。 圖 37 報警電路 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈， [20]使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機引腳輸出的電流較小，單片機輸出的 TTL 電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。這里采用的是通過一個三極管8050 來放大驅動蜂鳴器。 當單片機給出信號后，在三極管的基極電流很小不足以是蜂鳴器發(fā)聲，此時該電流經(jīng)過三極管放大后形成一個放大一定倍數(shù)的集電極電流，此時在蜂鳴器兩端就會形成一個完全能夠是蜂鳴器發(fā)聲的電壓信號，以 保證蜂鳴器發(fā)聲。 繼電器的選擇與驅動電路 本文控制電路主要器件采用的是繼電器，要實現(xiàn)用單片機控制繼電器達到以弱控強的電路，我在這里采用的是電磁式繼電器，電磁式是一種在電路中非常常見的繼電器，在電路中主要起到保護電路的作用。下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點電繼電器的一種。它是利用電磁效應實現(xiàn)電路開、關控制作用的元件，廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路控制一個高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的 電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。 下面我們看一下電磁繼電器的構造：電磁繼電器的構造：如圖 38 所示， A是電磁鐵，B是銜鐵， C是彈簧， D 是動觸點， E是靜觸點。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成?？刂齐娐肥怯呻姶盆F A、銜鐵 B、低壓電源 E1和開關組成；工作電路是由小燈泡 L、電源 E2和相當于開關的靜觸點、動觸點組成。連接好工作電路，在常態(tài) 9 時， D、 E 間未連通，工作電路斷開。用手指將動觸點壓下，則 D、 E 間因動觸點與靜觸點接觸而將工作電路接通，小燈泡 L 發(fā)光。閉合開關 S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點 同時與兩個靜觸點接觸，使 D、 E 間連通。這時彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡 L發(fā)光。斷開開關 S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動觸點與靜觸點分開，工作電路被切斷，小燈泡 L 不發(fā)光。 電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使 D 和 E 接觸，工作電路閉合。電磁鐵斷電時失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。 圖 38 繼電器原理圖 在我們的設計中要利用繼電器實現(xiàn)控制的作用，首先要對繼電器進行驅動，接下來看看繼電器的驅動，這是典型的繼電器驅動電路圖。圖 39 中的三極管放大采用的是 PNP 三極管，實際 設計 電路圖中使用的是 NPN 三極管。 圖 39 繼電器驅動電路 單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。驅動電流在 mA 級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅動”。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅動含有兩個意思 :一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅動其他負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器 ，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口。 圖 39里面的三極管非常重要，在我們的各種電路設計中三極管都是一個不可或缺的 10 元件，用途十分的廣泛。三極管有兩個作用一個是放大作用，一個是開關作用。在這里，我們只了解它跟本電路有關的開關作用。 首先把三極管想成一個水龍頭，上面的 VCC 就是水池，繼電器是一個水輪機，下面的 GND 是比水池低的任何一點。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個帶有電阻的引腳?，F(xiàn)在，單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當單片機的這個引腳輸出低電平的時候， 就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機”就開始轉起來了。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關“水龍頭”，繼電器”水輪機”因為沒有水流下來，就會停止。 這就是三極管的開關作用簡單的理解和記憶就是：三極管是一個開關器件，其實你真的可以將它看成是一個開關，只不過它不是用手來控制，而是用電壓來控制的，因此，三極管有些時候也被稱做電子開關。圖上還有一個東西，是保護二極管，一般是防止反電動勢起到保護作用。 11 4 軟件設計 主控制器的選擇 STM32 系列 單片機是一款 高性能、低成本、低功耗的嵌 入式應用 的單片機，它的內(nèi)核是 ARM CortexM3。 ST 公司對 STM32 進行了產(chǎn)品劃分， 按性能分成兩個不同的系列：STM32F103 屬于 增強型系列和 STM32F101 是 基本型系列。增強型 STM32F103 系列 的系統(tǒng) 時鐘頻率 可 達到 72MHz，是同類 中低端 產(chǎn)品中性能 是屬于 最高的 一款 產(chǎn)品 。 STM32F101 基本型 的系統(tǒng) 時鐘頻率 是 36MHz， 它的 16 位產(chǎn)品比 其他公司的 16 位產(chǎn)品 在價格上有 大幅提升了 性能，是 16 位 單片機 用戶的最 好的 選擇。 STM32F103 與 STM32F101 系列都內(nèi)置 32K 到128K 的閃存， 所 不 一樣 的是 SRAM 的最大容量 是和 外 部設備 接口的組合。 當系統(tǒng) 時鐘 的 頻率 為 72MHz 時， 單片機 從 內(nèi)部 閃存 位置開始 執(zhí)行 初始 代碼， STM32 總的系統(tǒng) 功耗 36mA，是32位 單片機 市場 中 功耗最低的 一款 產(chǎn)品， 電流頻率比為 。 以下是 STM32F103C8T6 的實物圖。 圖 41 STM32F103C8T6 實物圖 STM32F103C8T6 總共有 48個引腳， PA0— PA15 端口 A15 個、 PB0— PB15 端口 B15 個， 2個外部晶振引腳 OSC_IN、 OSC_OUT， 1 個復位引腳 NRST， 2 個 的實時時鐘晶振引腳， BOOT0 程序驅動腳。 VDDA、 VDD_ VDD_ VDD_3 與 VSS、 VSS_ VSS_ VSS_3 總共8個電源引腳，包括模擬供電電源。內(nèi)核采用 ARM 32 位的 CortexM3，最高 72MHz 工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲器采用從 64K 字節(jié)的閃存程序存儲器，高達 20K 字節(jié)的SRAM；時鐘、復位和電源管理采用 伏供電和 I/O 引腳 ，上電 /斷電復位 (POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測器 (PVD)， 8MHz 晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的 8MHz 的 RC 振蕩器，內(nèi)嵌帶校準的 40kHz 的 RC 振蕩器，產(chǎn)生 CPU 時鐘的 PLL，帶校準功能的 32kHz RTC 振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機和待機模式， VBAT 為 RTC和后備寄存器供電； 2個 12位模數(shù)轉換器，1us 轉換時間 (多達 16 個輸入通道 ) ，轉換范圍： 0 至 ，雙采樣和保持功能，還有內(nèi)部溫度傳感器；內(nèi)部共有 7 通道 DMA 控制器，支持的外設有 3 個定時器、 ADC、 SPI、 I2C和 USART 等；調(diào)試模式可 選擇串行單線調(diào)試 (SWD)和 JTAG 接口。如下圖所示。 12 圖 42 STM32F103C8T6 引腳圖 圖 43 是 STM32F103C8T6 的外部時鐘，本方案采用 8M 外部晶振，進過內(nèi)部 9 倍頻后得到 72M 系統(tǒng)時鐘，圖 43 中的 30pF 電容與 10pF 電容為晶振的啟動電容，不能偏大也不能偏小，鏈接 8M 的晶振上經(jīng)典值電容應該選擇 30pF， 晶振上的電容最大不能超過 15pF，晶振連接圖如 43圖所示。 圖 43 外部時鐘電路 單片機最小系統(tǒng)包括單片機芯片、晶振、復位電路，如圖 44 所示為單片機的復 位電路， SW1 為復位按鍵，常態(tài)為開，當按下時為閉合， R4為 10K 電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取 10K， C5為濾波電容，大小選擇 104 電容，也就是 100nF 陶瓷電容，防止復位按鍵抖動，導致系統(tǒng)誤復位，啟動濾除系統(tǒng)脈沖的作用，保護最小系統(tǒng)的正常工作。通常機械按鍵都有一個抖動過程，就需要通過這個電容來濾除按鍵產(chǎn)生的抖動。 圖 44 復位電路 13 通常供電電源都有小幅波動，需要通過使用大電容來濾除電源抖動，圖 45 中的 4個電容是靠近 STM32F103C8T6 的電源引腳上放的，防止電源 引腳有抖動信號的干擾。 104 電容為通用的選取阻值。 圖 45 電源防抖動電路 為了實現(xiàn)單片機的正常工作，就需要為單片機提供穩(wěn)定的供電電源，這里使用LM1117 線性穩(wěn)壓芯片為單片機提供穩(wěn)定的 + 電源，圖 46 中 P6 與 P7 為排針，方便杜邦線的插拔， C C6 為 +5V 電源的輸入濾波電容，穩(wěn)定輸入的 +5V 電壓，使用 100nF 濾除高頻干擾， 100uF 濾除低頻干擾， C C7為輸出濾波電容，穩(wěn)定輸出電壓，使用 100nF 濾除輸出的高頻干擾， 100uF 濾除輸出的低頻干擾，為單片機提供可靠的供電電源。 圖 46 供電電路 下圖中為單片機下載方式選擇端，或者是程序驅動方式選擇端。 STM32 有三種啟動模式對應的存儲介質均是芯片內(nèi)置的，它們是： 1）用戶閃存 = 芯片內(nèi)置的 Flash。 2） SRAM = 芯片內(nèi)置的 RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。 3）系統(tǒng)存儲器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時在這個區(qū)域預置了一段Bootloader，就是通常說的 ISP程序。這個區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個 ROM 區(qū)。 在每個 STM32 的芯片上都有兩個管腳 BOOT0 和 BOOT1，這兩個管腳在芯片復位時的電平狀態(tài)決定了芯片復位后從哪個區(qū)域開始執(zhí)行程序 。 BOOT1=x BOOT0=0 從用戶閃存啟動，這是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 從系統(tǒng)存儲器啟動，這種模式啟動的程序功能由廠家設置。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置 SRAM 啟動，這種模式可以用于調(diào)試。 要注意的是，一般不使用內(nèi)置 SRAM 啟動 (BOOT1=1 BOOT0=1)，因為 SRAM 掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下 SRAM 只是在調(diào)試時使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到 SRAM 中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的 Flash或 EEPROM 等。還可以通過這種方法解除內(nèi)部 Flash 的讀寫保護，當然解除讀寫保護的同 14 時 Flash 的內(nèi)容也被自動清除，以防止惡意的軟件拷貝。 一般 BOOT0 和 BOOT1 跳線都跳到 0(地 )。串口下載的情況下， BOOT0=1， BOOT1=0 ，再復位，點擊下載，下載完成后，把 BOOT0 的跳線接回 0，也即 BOOT0=0， BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將 BOOT1 直接通過 100K 下拉電阻拉直地